题目内容

9.自然界存在丰富的碳、氮、硅、磷、铁等元素,它们可形成单质及许多化合物.按要求回答下列问题:
(1)铁能与CO形成配合物Fe(CO)5,其熔点为-20.50C,沸点为1020C,易溶于CCl4,据此判断Fe(CO)5晶体属于分子晶体(填晶体类型).
(2)铁在元素周期表中位置是第四周期第Ⅷ族,亚铁离子具有强还原性,从电子排布的角度解释,其原因是Fe2+的3d轨道有6个电子,失去1个电子后3d轨道电子排布处于半充满稳定状态.
(3)南海海底蕴藏着大量的天然气水化合物,俗称“可燃冰”.可燃冰是一种晶体,晶体中平均每46个H2O分子通过氢键构成8个笼,每个笼内可容纳1个CH4分子或1个游离的H2O分子.若晶体中每8个笼有6个容纳了CH4分子,另外2个笼被游离的H2O分子填充.可燃冰的平均组成可表示为CH4•8H2O.
(4)亚磷酸(H3PO3与过量NaOH反应充分反应生成亚磷酸氢二钠(Na2HPO3),则亚磷酸氢二钠属于正盐盐(填“正”、“酸式”).
(5)金刚石晶胞结构模型如图,立方BN结构与金刚石相似,硬度与金刚石相当.在立方BN晶体中,B原子与N原子之间共价键与配位键的数目比为3:1;每个N原子周围最近且等距离的N原子数为12;如果阿佛加德罗常数近似取6×1023/mol,立方BN的密度为a g•cm-3,摩尔质量为b g•mol-1,计算晶体中最近的两个N原子间距离是$\frac{\sqrt{2}}{2}\root{3}{\frac{b}{150a}}$nm(用含a、b代数式表示).

分析 (1)依据Fe(CO)5的熔沸点低,且易溶于四氯化碳判断晶体类型;
(2)铁的原子序数为26,在周期表中处于第四周期第VIII族;结合亚铁离子和铁离子的电子排布式进行判断;
(3)在“可燃冰”晶体中,每8个笼由46个H2O分子构成框架,其中容纳6个CH4分子和2个H2O分子,可判断每8个笼共48个H2O分子和6个CH4分子,据此推断可表示可燃冰的平均组成的化学式;
(4)H3PO3与过量NaOH反应充分反应生成亚磷酸氢二钠(Na2HPO3),则亚磷酸氢二钠(Na2HPO3)中无可以电离的氢离子;
(5)由金刚石的晶胞结构可知,晶胞内部有4个C原子,面心上有6个C原子,顶点有8个C原子,根据金刚石的结构判断,在BN晶体中,每个B原子和4个N原子形成共价键,B原子的配位数是4,B原子与N原子之间共价键的数目是12,一个晶胞中N原子数目为4;根据晶胞结构图,以晶胞顶点上的氮原子为例,与该氮原子距离最近的氮原子位于经过该顶点的面的面心上;根据$ρ=\frac{m}{ρ}$可计算出晶胞的体积,进而确定晶胞的边长,最近的两个N原子间距离是晶胞面对角线的$\frac{1}{2}$,据此计算;

解答 解:(1)Fe(CO)5的熔沸点低,且易溶于四氯化碳,依据分子晶体熔沸点低,且存在相似相溶原理,可知Fe(CO)5为分子晶体;
故答案为:分子晶体;
(2)铁为26号元素,元素在周期表中位于第四周期Ⅷ族;由于Fe2+的价电子3d6失去一个电子可形成3d5半充满稳定结构,所以Fe2+易被氧化成Fe3+,
故答案为:第四周期Ⅷ族;Fe2+ 的3d轨道有6个电子,失去1个电子后3d轨道电子排布处于半充满稳定状态;
(3)晶体中8个笼只有6个容纳CH4分子,另外2个笼被水分子填充,推出8个笼共有6个甲烷分子,46+2=48个水分子,则甲烷分子与水分子的个数之比=6:48=1:8,所以化学式为CH4•8H2O,
故答案为:CH4•8H2O;
(4)H3PO3与过量NaOH反应充分反应生成亚磷酸氢二钠(Na2HPO3),则亚磷酸氢二钠(Na2HPO3)中无可以电离的氢离子,为正盐,
故答案为:正盐;
(5)由金刚石的晶胞结构可知,晶胞内部有4个C原子,面心上有6个C原子,顶点有8个C原子,在BN晶体中,每个B原子和4个N原子形成共价键,B原子的配位数是4,B原子与N原子之间共价键的数目是12,所以B原子与N原子之间共价键的数目与配位键的数目比为 3:1,根据晶胞结构图,以晶胞顶点上的氮原子为例,与该氮原子距离最近的氮原子位于经过该顶点的面的面心上,这样的原子有12个,根据均摊可知,一个晶胞中N原子数目为 4,B原子数目也是4,根据$ρ=\frac{m}{V}$可知晶胞的体积V=$\frac{\frac{4b}{6×10{\;}^{23}}}{a}$cm3=$\frac{4b}{6×10{\;}^{23}a}$cm3,所以晶胞的边长为$\root{3}{\frac{4b}{6×1{0}^{23}a}}$cm,最近的两个N原子间距离是晶胞面对角线的$\frac{1}{2}$,所以晶体中最近的两个N原子间距离是$\frac{1}{2}×\sqrt{2}×$$\root{3}{\frac{4b}{6×1{0}^{23}a}}$cm=$\frac{\sqrt{2}}{2}\root{3}{\frac{4b}{6×1{0}^{23}a}}$cm=$\frac{\sqrt{2}}{2}\root{3}{\frac{b}{150a}}$nm,
故答案为:3:1;12;$\frac{\sqrt{2}}{2}\root{3}{\frac{b}{150a}}$;

点评 本题考查了金属单质及其化合物的综合应用、晶体结构与性质、晶胞计算等知识,题目难度中等,试题知识点较多、综合性较强,充分考查学生的分析、理解能力及灵活应用能力,注意掌握常见金属单质及其化合物的性质,明确均摊法在晶胞计算中的应用.

练习册系列答案
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14.为回收利用废镍催化剂(主要成分为NiO,另含Fe2O3、CaO、CuO、BaO等),科研人员研制了一种回收镍的新工艺.工艺流程如图:
氢氧化物Fe(OH)3Fe(OH)2Ni(OH)2
开始沉淀的pH1.56.57.7
沉淀完全的pH3.79.79.2
已知常温下:①有关氢氧化物开始沉淀和沉淀完全
的pH如右表     ②Cu2O+2H+=Cu+Cu2++H2O
③常温时,Ksp(CaF2)=2.7×10-11
回答下列问题:
(1)写出酸浸时Fe2O3和硫酸反应的化学方程式Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O.
(2)浸出渣主要成分为CaSO4•2H2O和BaSO4两种物质.
(3)操作B是除去滤液中的铁元素,某同学设计了如下方案:向操作A所得的滤液中加入NaOH溶液,调节溶液pH在3.7~7.7范围内,静置,过滤.请对该实验方案进行评价方案错误,在调节pH前,应先在滤液中加入H2O2,使溶液中的Fe2+氧化为Fe3+(若原方案正确,请说明理由;若原方案错误,请加以改正).
(4)流程中的“副产品”为CuSO4•5H2O(填化学式).在空气中灼烧CuS可以得到铜的氧化物,向Cu、Cu2O、CuO组成的混合物中加入1L 0.6mol•L-1HNO3溶液恰好使混合物溶解,同时收集到2240mLNO气体(标准状况),若该混合物中含0.1molCu,与稀硫酸充分反应至少消耗0.1mol H2SO4.
(5)操作C是为了除去溶液中的Ca2+,若控制溶液中F-浓度为3×10-3mol•L-1,则溶液中$\frac{c(C{a}^{2+})}{c({F}^{-})}$=1.0×10-3.
(6)电解产生2NiOOH•H2O的原理分两步:
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